活性焦脫硫塔物料循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)方案

高洪鐵

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

近年來，隨著國家對工業(yè)環(huán)保的要求越來越高，以及大眾的環(huán)保意識也在不斷增強，燒結(jié)煙氣的治理與環(huán)保配套已經(jīng)成為整個燒結(jié)生產(chǎn)線的“標(biāo)配”。燒結(jié)煙氣是鋼鐵企業(yè)排放的主要大氣污染物，占整個鋼鐵企業(yè)排放總量的50%以上。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》對燒結(jié)煙氣污染物的排放限制規(guī)定，將燒結(jié)機頭煙氣、球團焙燒煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值由排放限制20、50、100 mg/m3修改為10、35、50 mg/m3，由此燒結(jié)球團的環(huán)保壓力更為突出?，F(xiàn)階段國內(nèi)治理效果較好的活性焦脫硫技術(shù)可基本上滿足上述超低排放的指標(biāo)要求?；钚越姑摿蚬に嚸摿蛐矢哌_(dá)95%以上，除此之外該工藝還能脫除煙氣中汞、重金屬、二惡英、呋喃、揮發(fā)性有機物及其他微量元素[1，2]。在活性焦脫硫工藝中，脫硫塔是整個工藝的核心設(shè)備，經(jīng)過多年實踐與改進(jìn)，中冶北方同上?？肆蚝献魍茝V的二級錯流式吸附塔已能較為穩(wěn)定運行,但該設(shè)備仍然有可優(yōu)化改進(jìn)之處，比如脫硫塔出氣室漏料現(xiàn)象。由此提出活性焦脫硫設(shè)備中存在的不足之處，并圍繞該問題進(jìn)行分析和討論。

1 吸附塔運行情況概述

1.1 基本原理

如圖1所示，待處理煙氣從進(jìn)氣室進(jìn)入裝置，通過一級床焦層后經(jīng)由過渡氣室進(jìn)入二級床焦層，最后達(dá)標(biāo)煙氣通過出氣室排出。在這個過程中，煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物在適宜溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成易被活性焦吸附的化合物，從而留在活性焦中，使待處理煙氣成為達(dá)標(biāo)煙氣。在此過程中實際上發(fā)生了物理化學(xué)兩種反應(yīng)，此處僅以脫硫過程為例(脫硝過程需要在系統(tǒng)內(nèi)噴入氨水，相對復(fù)雜一些)。首先利用活性焦的變溫吸附性能，在低溫時將氣體中SOX(SO2、SO3)吸附，吸附態(tài)的SO2在煙氣中氧氣和水蒸氣存在的條件下被氧化為H2SO4，并被儲存在活性焦孔隙內(nèi)，這便是在脫硫塔內(nèi)發(fā)生的主要反應(yīng)。隨后在高溫時，活性焦所吸附的H2SO4與活性焦反應(yīng)被還原為SO2，二氧化硫回收利用，活性焦恢復(fù)吸附性能，循環(huán)使用，這是在活性焦脫硫工藝的另一個重要設(shè)備再生塔內(nèi)發(fā)生的。伴隨這兩個過程，活性焦在脫硫塔內(nèi)料層不斷下降排出，經(jīng)再生塔解析后恢復(fù)吸附能力，重新回到吸附塔中從而形成物料循環(huán)。

圖1 吸附塔基本工作原理

1.2 存在的問題

在裝置運行過程，物料所在的料室與煙氣所在的氣室是通過一層僅能通過氣體而不能通過固體的格柵隔離。在理想狀況下，格柵結(jié)構(gòu)形式經(jīng)過嚴(yán)密計算和大量試驗，不應(yīng)該有活性焦通過，但是由于工況復(fù)雜、氣流不穩(wěn)定、活性焦質(zhì)量不穩(wěn)定等不利因素，圖1中出氣室內(nèi)部常常有積料現(xiàn)象發(fā)生，長時間積累，會導(dǎo)致活性焦利用率下降，而為了排出塔內(nèi)大量活性焦“漏料”，必然要增加了工人清料工作量，而如果清料不及時，物料在氣室內(nèi)積累過多，嚴(yán)重者影響裝置運行效果甚至有蓄熱超溫風(fēng)險。

1.3 常規(guī)解決方案及效果

針對脫硫塔漏料問題，由于塔內(nèi)灰塵大環(huán)境極其惡劣，無法實現(xiàn)觀測，只能定性分析其原因。首先，也是主要可能原因是氣流不穩(wěn)定，即氣流大小、均勻度和設(shè)計及試驗的氣流狀況相差過大。這與煙氣管道布置，煙氣波動過大等因素緊密相關(guān)，表現(xiàn)為不同工程以及同一工程甚至同一系列塔的不同出氣室所出現(xiàn)的漏料量完全不一致。其次，活性焦物料在不斷循環(huán)過程會出現(xiàn)物料的磨損導(dǎo)致粉料的出現(xiàn)，主要是指在物料循環(huán)過程中，由于活性焦與活性焦之間的物理摩擦、擠壓、物料循環(huán)路徑上的磨損等因素造成[3]。粉料過多加之物料行進(jìn)中的偏析導(dǎo)致物料的均勻度變差，會加劇氣流分布的不均勻，從而使得氣流較大處的活性焦突破格柵限制，進(jìn)入出氣室。從設(shè)備本身出發(fā)，很難針對以上可能原因采取合理限制，所以現(xiàn)多采用在氣室加裝多孔板的方案，見圖2。

圖2 氣室加裝多孔板的方案示意圖

所述多孔板孔徑小于活性焦顆粒直徑，當(dāng)活性焦突破格柵限制有進(jìn)入出氣室趨勢時，多孔板對其實現(xiàn)物理隔當(dāng)，從而防止活性焦進(jìn)入出氣室而出現(xiàn)漏料現(xiàn)象。其實現(xiàn)是通過角鋼骨架將一定規(guī)格和厚度的多孔板固定在氣室一側(cè)而非料室側(cè)，如果多孔板設(shè)置在料室側(cè)，會導(dǎo)致活性焦在料室內(nèi)向下排出過程，受到多孔板的切割，從而導(dǎo)致多孔板對物料的損傷而增加粉料量，形成惡性循環(huán)。而多孔板設(shè)置在氣室也便于對多孔板的檢修、更換。同時對于漏料嚴(yán)重的已有工程增設(shè)多孔板時，無需排料，實現(xiàn)快速處置。而對于新建工程，在建設(shè)初期便對格柵加裝多孔板以杜絕隱患。經(jīng)過不斷改造和實踐后，該方案已較為成熟運用工程中，以日照鋼鐵為例，在加裝多孔板前，一個檢修周期(約一月)需清理出氣室1/4高度的散料，在加裝多孔板后每兩個檢修周期檢查一次，可見的顆粒狀散料已不明顯，運行效果良好。

2 新的漏料解決方案

2.1 設(shè)備改造部位現(xiàn)狀

解決漏料問題常規(guī)思路便是封堵，其實如同治水一樣，還有另一種思路，便是疏通。因為在“堵”的方案中，增設(shè)一系列多孔板，使得原有經(jīng)過精密計算和大量試驗才制作成的格柵外側(cè)增加了一層“阻礙”，導(dǎo)致氣流通過阻力有所增加，從而使得塔內(nèi)壓力相比增設(shè)多孔板之前相對增大，有偏離工藝設(shè)計的煙氣壓力值的趨勢。如果能提供一種方案在不增加氣流阻力，不改變塔內(nèi)壓力情況下，使物料不再進(jìn)入出氣室或者不滯留在出氣室，則會讓整個系統(tǒng)運行更加順暢。該方案出發(fā)點與多孔板方案相比，變“堵”為 “疏”，不再阻止活性焦由料室進(jìn)入氣室的通道，而是任由其進(jìn)入出氣室，而通過對設(shè)備的適當(dāng)改造，讓進(jìn)來的活性焦重新回到物料循環(huán)系統(tǒng)中去。

常規(guī)設(shè)備進(jìn)出氣室之間采取兩種隔離方式，第一種是由一塊水平設(shè)置的鋼板隔離；第二種是為了方便積料被排出，采取鋼板傾斜設(shè)置，讓隔板接近塔壁的一端低，使得累積在出氣室內(nèi)的活性焦更多的聚集在靠近塔壁的一側(cè)，從而方便人工將其運出。但是上述兩種形式都需要檢修工人參與，將料從塔內(nèi)運出，這部分活性焦都需要從物料循環(huán)中剝離開來，再用人工方式將其重新加入物料循環(huán)中去，以重復(fù)利用。

2.2 設(shè)備改造方案

處理方式是對進(jìn)出氣室之間的隔板加以改造，即將進(jìn)出氣室之間設(shè)置若干個小漏斗以代替原有隔板，見圖3。當(dāng)出氣室有活性焦進(jìn)入時，其能夠在出氣室內(nèi)通過若干漏斗聚集，在漏斗下方設(shè)置一個管道，將聚集在出氣室內(nèi)的活性焦通過管道導(dǎo)入到料室，從而讓這些漏料重新加入物料循環(huán)。為了能夠使這些漏料順暢進(jìn)入料室，就要求料室接受氣室來料的位置有空隙，也就是圖中管道進(jìn)入料室的終點，必須與料斗連接并且此處要有一個料的真空區(qū)以迎接管道送來的“漏料”，處理方法是將料室一級床與料室二機床之間的過渡段加以改造，將兩個床層之間的過渡的直管加長，利用固體物料的特性，在直管出口處會形成一個活性焦的真空區(qū)，即直管周圍不會有活性焦(圖3中豎直管道周圍的空白區(qū)域)，形成如圖所示效果。從而出氣室的活性焦會順利在此區(qū)域排出。這些漏料會隨著物料循環(huán)慢慢向下移動，重新融入物料循環(huán)中。該方案優(yōu)點是無需人工干預(yù)，使出氣室物料自動進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。

圖3 氣室積料疏通結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語

通過對吸附塔出氣室漏料的原因和常規(guī)處理方法進(jìn)行了細(xì)致分析，并提出一種新的處理方案，其效果尚待工程實踐驗證。采用的活性焦脫硫工藝是國家推薦、“十五863計劃”支持下的燒結(jié)球團煙氣處理工藝，經(jīng)過多年發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，因其脫硫工藝相對于濕法脫硫而言，工藝簡單、能耗低，幾乎不消耗水，硫酸可回收、循環(huán)再利用，已逐漸成為燒結(jié)、球團脫硫的主流技術(shù)之一。活性焦脫硫裝置投產(chǎn)后基本能夠達(dá)標(biāo)并且穩(wěn)定運行，是眾多鋼鐵廠煙氣治理的不二選擇。當(dāng)然，隨著裝置的長期運行，難免會暴露出一些小問題，這需要運營單位、總承包單位及技術(shù)輸出單位共同研究探討，不斷完善。同時，活性焦質(zhì)量也是影響整個工藝系統(tǒng)運行效果和運行穩(wěn)定性的重要因素，需要活性焦生產(chǎn)企業(yè)不斷進(jìn)步。只有通過各參與方共同努力，才能使這一技術(shù)成為鋼鐵、有色、焦化，石油化工等眾多行業(yè)共同打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的一大利器。